多軸發(fā)動機中通過使用再熱燃燒器的渦輪容量控制的制作方法
【專利說明】多軸發(fā)動機中通過使用再熱燃燒器的滿輪容量控制
[0001] 巧關申請的香叉引用
[0002] 本申請要求2013年3月5日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/773, 100和 61/773, 103的優(yōu)先權(quán)，運些申請的全部內(nèi)容被合并于此。
技術領域
[0003] 公開了一種改進的燃氣滿輪發(fā)動機，并且更特別地是，控制具有再熱燃燒器并調(diào) 度再熱燃燒器中的燃料流量的燃氣滿輪發(fā)動機的核屯、參數(shù)的方法和設備。核屯、參數(shù)可W指 示出燃氣滿輪基體中存在的任何物理量，諸如壓氣機壓力比、壓氣機流量、發(fā)動機入口流量 和發(fā)動機壓力比等。
【背景技術】
[0004] 在包括飛機發(fā)動機、發(fā)電廠和管道壓縮任務應用在內(nèi)的很多應用中使用多軸燃氣 滿輪。當運些燃氣滿輪在超過它們的設計功率的范圍操作時，壓氣機在超過它們的預期操 作條件的范圍下操作，并且處理泄放閥化andlingbleedvalve)被用來使壓氣機操作點恢 復至合理值。然而，運些處理泄放閥會使循環(huán)效率有所降低。
[0005] 因此期望提供可W在不用降低循環(huán)效率的情況下使壓氣機操作點恢復至預定合 理值的多軸燃氣滿輪發(fā)動機。
【附圖說明】
[0006] 雖然權(quán)利要求不限于具體圖示，但各種方面的理解通過其各種示例的討論而最好 地獲得?，F(xiàn)在參見附圖，詳細地示出了示例性圖示。盡管附圖代表圖示，但附圖并不一定按 比例繪制并且某些特征可能被夸大W更好地圖示出并說明示例的創(chuàng)新方面。此外，運里所 描述的示例性圖示不意在窮舉性的或W其他方式限制或約束為附圖中示出和在W下詳細 描述中公開的確切形式和配置。通過參照如下的附圖詳細地描述了示例性圖示：
[0007] 圖1圖示出具有氣體發(fā)生器、動力滿輪和集成在氣體發(fā)生器與動力滿輪之間的再 熱燃燒器的示例性氣體滿輪發(fā)動機的分解立體圖；
[0008] 圖2圖示出圖1的燃氣滿輪發(fā)動機的示意圖；
[0009] 圖3圖示出具有氣體發(fā)生器、動力滿輪、低壓力漉支承保持件模塊、集成在氣體發(fā) 生器與動力滿輪之間的再熱燃燒器和被連接至動力滿輪的低壓力滿輪的低壓力壓氣機的 另一示例性燃氣滿輪發(fā)動機的分解立體圖；
[0010] 圖4圖示出具有布置在IP滿輪與動力滿輪之間的再熱燃燒器并進一步具有被連 接至負載與LP壓氣機兩者的動力滿輪的圖3的燃氣滿輪發(fā)動機的又另一示例的示意圖；
[0011] 圖5圖示出包括布置在HP滿輪與IP滿輪之間的再熱燃燒器的再一示例性燃氣滿 輪發(fā)動機的示意圖；
[0012] 圖6圖示出用于圖5的燃氣滿輪發(fā)動機的示例性控制方法；
[0013] 圖7圖示出與使用圖6的控制方法來調(diào)度用于圖5的再熱燃燒器的燃料有關的示 例性中間壓力壓氣機工作線；
[0014] 圖8圖示出通過使用圖6的控制方法來調(diào)度用于圖5的再熱燃燒器的燃料而產(chǎn)生 的示例性發(fā)動機熱效率；
[0015]圖9圖示出用于圖5的燃氣滿輪發(fā)動機的操作再熱燃燒器并調(diào)度用于再熱燃燒器 的燃料的示例性方法的流程圖；和
[0016] 圖10圖示出包括布置在HP滿輪與IP滿輪之間的再熱燃燒器的再一示例性燃氣 滿輪發(fā)動機的示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 現(xiàn)在參見下面的討論并且還參見附圖，詳細地示出了說明性途徑。盡管附圖代表 一些可能的途徑，但附圖并不一定按比例繪制并且某些特征可能被夸大、去除或部分截面 W更好地圖示出并說明本公開。此外，運里闡述的描述并不意在窮舉性的或W其他方式將 權(quán)利要求限制或約束為附圖中示出和在W下詳細描述中公開的確切形式和配置。
[0018] 燃氣滿輪發(fā)動機的一個示例可W包括第一壓氣機和通過第一軸被連接至第一壓 氣機的第一滿輪。發(fā)動機可W包括布置在第一滿輪的下游的再熱燃燒器和布置在再熱燃 燒器的下游的第二滿輪。發(fā)動機可W進一步包括通過第二軸被連接至第二滿輪且布置在 第一壓氣機的上游的第二壓氣機。第一、第二滿輪可W相互斷開連接，并且第一、第二壓氣 機可W相互斷開連接。第二壓氣機可W具有包括到第一壓氣機的流量的出口，使得第一、 第二滿輪提供軸工作拆分（shaftworksplit)。再熱燃燒器可W被配置成接收燃料并產(chǎn) 生再熱出口溫度，W便基于第二壓氣機的多個參數(shù)來控制第二滿輪的表觀容量（a卵arent capacity)。在運方面，該示例性實施例可W包括相互斷開連接的兩個滿輪和單獨驅(qū)動的壓 氣機，W便控制相對于彼此被順次定位的兩個壓氣機之間的工作拆分并因此控制可W包括 壓氣機壓力比和發(fā)動機入口流量的核屯、發(fā)動機參數(shù)。
[0019] 參見圖10, 一個示例性燃氣滿輪發(fā)動機1000可W包括高壓力軸組件1022 ("HP軸 組件"）和中間壓力軸組件1〇16( "IP軸組件")。IP軸組件1016可W包括IP滿輪1002和 IP壓氣機1018,它們通過中間壓力軸1041 ( "IP軸"）相互連接。此外，HP軸組件1022可 W包括HP滿輪1024和HP壓氣機1026,它們通過高壓力軸1040 ( "HP軸"）相互連接。發(fā) 動機1000可W進一步包括通過低壓力軸1〇42( "LP軸"）被連接至負載1030的較低壓力 滿輪1034( "LP滿輪")。負載3030的示例可W包括發(fā)電機、推進風扇、管道壓縮機、累或螺 旋獎。
[0020] HP軸1040、IP軸1041和LP軸1042未相互連接而是相互流體聯(lián)接。特別地，IP 壓氣機出口流量是HP壓氣機入口流量。HP滿輪出口流量是IP滿輪入口流量，并且IP滿輪 出口流量是LP滿輪入口流量。在該實施例中，再熱燃燒器1004置于HP滿輪1024與IP滿 輪1002之間，W便主動控制兩個壓氣機1018、1026之間的總壓縮工作的工作拆分。
[0021] 布置在再熱燃燒器1004的下游的IP滿輪1002 ("下游滿輪"）的表觀容量Qi(修 正流量）可W通過調(diào)度到再熱燃燒器1004的燃料來控制。IP滿輪1002的下游滿輪入口真 實容量〇2 (修正流量）可W通過用于給定滿輪的W下等式1來表達，并且IP滿輪1002的 下游滿輪入口真實容量Q2(修正流量）當滿輪被充滿（chock)時橫跨滿輪操作期間是相當 平穩(wěn)的且廢氣組分基本沒變化。
[002引（等式 1)Q,二W2/T2/P2
[0023] 重新整理等式1 :
[0024] (等式。言2 =QaP2 //寸2
[00幼 HP滿輪1024的表觀容量Qi(修正流量）或出口真實容量（修正流量）可W通過 W下等式3來表達。
[002引（等式如斯二W]VTi/Pi
[0027] 在運方面，Qi將不僅僅是下游滿輪幾何形狀的函數(shù)，因為它布置在被充滿的區(qū)域 與如下的組成部件之間，在該組成部件處再熱燃燒器1004增加了導致溫度升高的不可忽 略不計的熱。
[0028] 現(xiàn)在，假定燃燒器中的冷卻空氣提取或返回，并且考慮到由燃料流量引入的附加 質(zhì)量流量：
[0029] (等式4)Wi=W2-W燃料-W冷卻空氣
[0030] 將等式4并入等式3,可W如下地限定出等式5 :
[0031] (等式 5)Qi二[W2 -W削4. - 令,,,空氣]、化化
[0032] (等式 6)Qi二(Wzn/Ti/巧.)一(W；終抖VTi/Pi) - (\^冷卻愛氣VTi/Pi)
[0033] 將等式2代入等式6,我們得到：
[0034] (等式 7)每1 = ((QAA化KTi化)-(W巧dVTi化)-(W冷沖適氣VVP.,.)
[0035] (等式8)化二(Q地化)(v寸I八化分一 (W.咕料、/Ti化)-(W奪
[0036] (等式9)Qi二[批戶2心燈1化))一(W削+VTi) - 恥屯氣%/叫]化
[0037] 比率Ti/%與溫度升高成正比，并因此與再熱燃燒器中的燃料流量成正比，并因此 等式9可W簡化成：
[003引（等式10)Qi=[(Qjiy(w^巧巧W- (W巧料V-Ti) - (W冷卻空氣、化如/Pi
[0039] 通過檢查等式10,因此可W看出：對于由下游滿輪實際硬件確定的固定的下游滿 輪真實容量〇2(修正流量），在表觀容量Qi(修正流量）上的所形成的變化將至少由燃料流 量的控制來確定，因為諸如燃燒器壓力降等的其他量改變，并且冷卻空氣分數(shù)將是可忽略 不計的。因此，表觀容量Qi可W由允許針對核屯、發(fā)動機參數(shù)的控制的燃料流量調(diào)度來控制。 在運方面，W該申請中將在后面公開的方式的燃料流量的適當調(diào)度可W允許針對諸如壓氣 機壓力比或發(fā)動機入口流量